DE2532201A1

DE2532201A1 - Ventilatorantrieb-stroemungskupplung

Info

Publication number: DE2532201A1
Application number: DE19752532201
Authority: DE
Inventors: Jun Roland Joseph Mitchell
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1976-02-05
Also published as: CA1035221A; JPS5137375A; SE404832B; ES439603A1; FR2283313A1; GB1467546A; JPS598643B2; SE7508443L; US3964582A; FR2283313B1

Description

G 49 944 -su

Firma WALLACE-MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. (USA)

Ventilatorantrieb-Strömungskupplung

Die Erfindung betrifft eine Ventilatorantrieb-Strömungskupplung vom Schub- bzw. Schertyp (shear type), insbesondere für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse sowie einem darin ausgebildeten Hohlraum, der eine Schub- bzw. Scherflüssigkeit aufnehmen kann, mit einer im Hohlraum angeordneten und von einer Maschine drehbaren Antriebsscheibe, wobei das Gehäuse einen Ventilator tragen kann und wobei ein Teil der Seiten der Antriebsscheibe zumindest einem Teil der Innenflächen des Hohlraums benachbart ist.

Bei Brennkraftmaschinen ist es üblich, einen Ventilator an einen Kühler mit der Kühlflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, angrenzend anzuordnen. Die Kühlflüssigkeit gelangt durch den Motor und dann zum Kühler, durch den die Luft mit Hilfe des Ventilators getrieben wird. Der letztere veranlaßt das Kühlmittel zum Abgeben seiner Wärme vor dem nächsten Strömungsvorgang durch die Maschine. Auf diese Weise wird die Temperatur der Maschine bzw. des Motors auf einem kleineren Wert als in einem Fall ohne Kühlung gehalten. Es wurde eine Vielzahl von Ventilatorausbildungen und -antrieben entwickelt, wobei eine Type, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, zunehmende Beachtung erhielt und eine sogenannte Strömungskupplung vom Schub- bzw. Schertyp ist. Hierbei ist der

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Ventilator an einem Gehäuse befestigt, das einen zumindest teilweise mit beispielsweise Silikonöl gefüllten Hohlraum hat. In diesen paßt eine mit einem Innenverbrennungsmotor gekoppelte Antriebsscheibe. Die Ventilatordrehzahl ist eine Funktion der von der Antriebsscheibe über das Silikonöl auf das Gehäuse übertragenen Kraft oder des Drehmoments, wobei das Silikonöl die einzige Verbindung darstellt, über die das Moment übertragen wird. Der Kupplungsgrad und entsprechend die Ventilatordrehzahl sind vielfach eine Funktion der öltemperatur oder der Temperatur eines Ventilmechanismus oder dem öl zugeordneten Elements. Die Kapazität eines Ventilatorantriebs vorgegebener Größe ist proportional zur Viskosität des Öls und zu seiner Dicke, wie auch zur Scher- bzw. Schubfläche und dem mittleren Radius dieser Fläche. Strömungskupplungen der genannten Art sind bekannt.

Es ist vielfach üblich, die äußeren flachen, gegenüberliegenden Flächen der Antriebsscheibe mit einem Material zu verkleiden, wie einem Bremsenbelag für Autobremsen. Eine solche Beschichtung oder Belegung soll für den Fall einer Fehlausrichtung der Antriebsscheibe in bezug auf das angetriebene Gehäuse eine Lagerfläche bilden. Wenn sich das Gehäuse während des Betriebes in bezug auf die Antriebsscheibe neigen sollte, berühren die Kanten der flachen Oberflächen der Scheibe bestimmte Bereiche des inneren Hohlraums. Eine solche fortgesetzte Berührung führt, wenn nichts dagegen unternommen wird, zu einer Abnutzung der Oberflächen und daher zu einer Abnahme in der Leistungsfähigkeit des Ventilatorantriebs vom Schertyp. Ferner erfolgt aufgrund des axialen Ventilatordrucks auch dann eine Berührung der Lagerflächen, wenn eine exakte axiale Ausrichtung vorliegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Ventilatorantrieb-Strömungskupplung der genannten Art, bei der unter Vermeidung der genannten Nachteile mit einfachen Maßnahmen eine größere Langlebigkeit und bessere Leistungsfähigkeit erzielt werden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Ventilatoran-

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trieb-Strömungskupplung erfindungsgemäß aus durch eine Beschichtung aus einem Polyarylensulfidmaterial auf zumindest einem Teil der Seiten der Antriebsscheibe. Die Beschichtung der Antriebsscheibe wirkt als Gleit- und Lagerfläche. Die anwendbaren PoIyarylensulfide sind Polyphenylensulfid, Polynaphthylensulfid, PoIyanthracensulfid und die niederen alkylsubstituierten Derivate dieser Stoffe. Das bevorzugte Polyarylensulfid, mit dem erfindungsgemäß die Seiten der Antriebsscheiben beschichtet werden, ist Polyphenylensulfid.

Es hat sich gezeigt, daß Polyphenylensulfid eine große Beständigkeit und andere erwünschte Betriebseigenschaften hat. Andere Harze, wie Teflon, wurden als Lagermaterialien in diesem Zusammenhang untersucht, wobei sie sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen haben. Das Polyphenylensulfid ist unter der Handelsbezeichnung Ryton erhältlich, und hierbei handelt es sich um ein Warenzeichen für eine von der Phillips Petroleum Company vertriebene Sorte von Polyphenylensulfid. Das Polyphenylensulfid kann ferner ein Füllmittel enthalten, wie Glasperlen, Glaspulver oder Glasfasern. Andere Beispiele für Füllmittel sind Polytetrafluoräthylenpulver (Teflonpulver), Molybdänsulfid, Titandioxid und metallische Partikel wie Eisen, Kupfer und dergleichen. Das Polyphenylensulfid kann als Pulver oder flüssiger Brei bzw. Schlamm aufgebracht werden. Das Material kann auf die Oberflächen der Antriebsscheibe aufgesprüht werden. Auch ist eine Sinterung des Materials oder ein Aufbringen durch eine Wirbelbettbeschichtung möglich. Nach dem Aufbringen kann eine Induktionserwärmung oder irgendein anderes übliches Heizverfahren angewendet werden.

Das Beschichten von Metallen mit Kunststoff ist an sich ziemlich alt. Seit langem werden verschiedene Kunststoffe zum Beschichten unterschiedlicher metallischer Substrate aus vielfältigen Gründen angewendet, wie beispielsweise als Korrosionsschutz, zum Erzeugen einer chemischen Widerstandsfähigkeit und zum Ändern der Reibungseigenschaften metallischer Oberflächen. Frühere Versuche zum Beschichten einer Ventilatorantriebsscheibe mit Kunststoffmaterialien schlugen jedoch fehl. Es wurden Beschichtungsmaterialien wie

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Teflon, verschiedene Epoxyharze und dergleichen ausprobiert. Keines dieser Harze, und zwar weder mit noch ohne Füllmittel, besitzt die erforderlichen Kombinationseigenschaften der Zähfestigkeit, Verschleißfestigkeit, der Wärmebeständigkeit und der chemischen Beständigkeit, was erforderlich ist, um eine einsatz- oder funktionsfähige Beschichtung für die bestimmte Anwendung im Rahmen eines Ventilatorantriebs vom Schertyp zu schaffen. Das Beschichtungsmaterial nach der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch aus zufriedenstellend herausgestellt, da es die erforderlichen mechanischen Abnutzungseigenschaften, die Wärmebeständigkeit sowie chemische Beständigkeit aufweist und von der Silikonflüssigkeit unbeeinflußt bleibt, in die die Ventilatorantriebsscheibe teilweise eingetaucht ist und in der sie arbeitet.

Die Beschichtung aus Polyphenylensulfid kann durch verschiedene bekannte Techniken aufgebracht werden, und das Aushärten erfolgt dann, wenn sich die Antriebsscheibe oder das Substrat zumindest auf einer Temperatur von 371°C (7oo°F) befindet. Bei einer solchen Technik wird die Metalloberfläche der Antriebsscheibe mit einem Lösungsmittel, wie Trichloroäthylen oder Azeton, entfettet. Wenn es sich bei dem Metall um eine Aluminiumscheibe handelt, sollte die zu beschichtende Oberfläche einer Sandstrahlbehandlung mit Aluminiumoxid (alumina) einer Körnung von loo (loo grit) ausgesetzt und dann mit einem geeigneten Lösungsmittel entfettet werden. Nachdem der Grieß bzw. der Sand entfernt worden ist, kann die Oberfläche mit dem Harz beschichtet werden. Wenn es sich bei der Metallunterlage um Stahl handelt, sollte sie ebenfalls einer Sandstrahlbehandlung der obigen Art ausgesetzt und entfettet werden. Nach dem Säubern von Kies oder Sand kann die Oberfläche mit einem Sauerstoffbrenner flammenbehandelt werden, bis eine blaugraue Farbe erreicht ist. Alternativ kann das Stahlsubstrat in Luft auf eine Temperatur von 371°C (7oo°F) bis zum Erreichen einer blaugrauen Farbe erhitzt werden. Ein weiteres Verfahren besteht darin, eine erste Beschichtung von bis zu o,o76 mm (3 mil) gleicher Teile von Ryton und Kobaltoxid auf die Oberfläche aufzubringen, die auf eine Temperatur von 371°C (7oo°F) erhitzt wurde, um dann während 3o Minuten eine Hitzehärtung durchzuführen. Wenn

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das Metallsubstrat Gußeisen ist, kann dieses etwas porös sein, und es sollte einer Sandstrahlbehandlung ausgesetzt, luftgetrocknet und dann zum Entfernen von jeglichem Fremdmaterial bei durch und durch 371°C (7oo°F) gebacken werden. Bei Titan als Metallsubstrat sollte die Oberfläche einer Sandstrahlbehandlung ausgesetzt, entfettet und dann vor dem Beschichten mit Ryton auf 371°C (7oo°F) erhitzt werden. Andere Metalle wie Messing, Bronze, aluminiumhaltiger Stahl (alumina steel) und Edelstahl können unter Verwendung des oben für Aluminium geschilderten Verfahrens mit Ryton beschichtet werden. Diese und weitere Einzelheiten des Aufbringens von Polyphenylensulfidharz auf die Metallunterlage sind bekannt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - im Querschnitt einen typischen Ventilatorantrieb vom Schub- bzw. Schertyp mit einer Temperaturabhängigkext

und
Figur 2 - einen Teil aus Figur 1 in vergrößerter Darstellung.

In den Figuren bezeichnet die Hinweiszahl Io einen Querschnitt einer typischen Ventilatorkupplung mit Scher- bzw. Schubantrieb und einer Temperaturabhängigkext. Der Antrieb enthält ein zweiteiliges Aluminiumgehäuse 12 mit einem temperaturabhängigen Mechanismus 13 und einer Ventileinrichtung zum Steuern der Strömung einer viskosen Flüssigkeit. Die Betriebseinzelheiten der mit 13 bezeichneten Elemente sind bekannt und gehören nicht zur vorliegenden Erfindung. Die Hinweiszahl 14 bezeichnet den radial innenliegenden Teil eines an das drehbare Gehäuse 12 angekuppelten Ventilatorläuferkörpers, wobei diese Einzelheiten bekannt sind. Mit 16 ist irgendeine erwünschte Lageranordnung zum Aufnehmen eines Nabenelements 18 bezeichnet, das an einer Drehwelle einer Brennkraftmaschine befestigt werden kann. Eine Antriebsscheibe 2o, die aus Stahl bestehen kann, ist gemäß der Darstellung in geeigneter Weise mit dem sich drehenden Nabenelement 18 verbunden. Die Antriebsscheibe 2o befindet sich innerhalb eines Hohlraums 21 des Gehäuses 12. Die radial außenliegenden Teile der Antriebsscheibe sind mit der Hinweiszahl 22 bezeichnet. Die soweit beschriebenen

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Elemente werden vielfach unmittelbar hinter einem Kühler eines Brennkraftmaschinenkühlsystems und vor der Maschine selbst angeordnet.

In Figur 2 ist ein vergrößerter Teil der Antriebsscheibe 2o dargestellt. Er weist auf einem Teil beider Seiten der Antriebsscheibe 2o eine Beschichtung 3o auf, die sich im vorliegenden Fall am radial äußeren Teil 22 befindet. Die Beschichtung besteht erfindungsgemäß aus Polyphenylensulfid, das unter der Handelsbezeichnung Ryton von der Phillips Petroleum Company erhältlich ist. Die Art des Aufbringens des Harzes auf die Scheiben ist bekannt. Im allgemeinen werden dieselben Techniken angewendet, wenn das Material allein oder in Verbindung mit einem Füllmittel aufgebracht wird.

Die Beschichtung 3o schützt die benachbarte Oberfläche des Gehäusehohlraums, wenn das Gehäuse und die Antriebsscheibe aneinander schleifen. In einem Testvergleich arbeitete die genannte Ryton- bzw. Polyphenylensulfidbeschichtung, die in einer Dicke von o,o25-o,127 mm (1-5 mil) aufgebracht wurde, mit und auch ohne ein Füllmittel zufriedenstellend während 2oo Stunden. Bei einem Aufbringen einer Teflonbeschichtung fiel diese jedoch bereits nach nur 5 oder 6 Stunden mit dem Ergebnis aus, daß zwischen der Antriebsscheibe und dem Gehäusehohlraum eine Abnutzung durch gegenseitigen metallischen Abrieb entstand. Bei einem anderen Versuch, bei dem statt der Beschichtung 3o Kork an die Antriebsscheibe angeklebt war, wurden ähnliche Ergebnisse beobachtet, da der Kork nach einer kurzen Zeit ausfiel.

- Patentansprüche -

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Claims

~7' 7532201 Patentansprüche

1.)Ventilatorantrieb-Strömungskupplung vom Schub- bzw. Schertyp (shear type), insbesondere für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse sowie einem darin ausgebildeten Hohlraum, der eine Schub- bzw. Scherflüssigkeit aufnehmen kann, mit einer im Hohlraum angeordneten und von einer Maschine drehbaren Antriebsscheibe, wobei das Gehäuse einen Ventilator tragen kann und wobei ein Teil der Seiten der Antriebsscheibe zumindest einem Teil der Innenflächen des Hohlraums benachbart ist, gekennzeichnet durch eine Beschichtung (3o) aus einem Polyarylensulfidmaterial auf zumindest einem Teil (22) der Seiten der Antriebsscheibe (2o).

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Füllmittel enthält.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel aus der Gruppe bestehend aus Glasperlen, Glaspulver, Glasfasern, Polytetrafluoräthylenpulver, Molybdänsulfidpulver, TiO₂-Pulver, metallischen Partikeln und Asbestfasern ausgewählt ist.

4. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Polyphenylensulfid ist.

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